結果與討論

第三章結果與討論第一節電腦模擬

Moghaddam 等人[11]發現，格點數的大小對於 FDS 在模擬上的準確度有重大的影響，在其研究中發現，50mm 的格點大小可以準確的重現溫度曲線，但是格

& &

，計算出的 D*值代入以下公式可

= ，Bounagui 等人[13]建議 R*＝0.07 可有最佳解析度。Jukka 等人[14]利用 FDS 模擬不同材料在 CONE、SBI 以及ROOM 的實驗狀況下火勢延燒現象，並與實驗資料作比對。其結果顯示 FDS 可以預測出火焰成長趨勢，但是對於火焰成長的詳細過程與最大熱釋放率則是有些許差異。其於結果中有提出一些可用於FDS 上作為工程預測用途的材料性質。

Bounagui 等人[15]對於 FDS 模擬全尺度試驗裝置的格點最佳化進行探討，其發現在溫度時間的預測上，較細的格點其預測出的溫度較高，其同時指出，當解析參數R*為 0.07 時，模擬的火焰解析 ion index）便可達到 1，即有最佳的火焰解析度。

經由以上文獻回顧可得知，FDS 模擬的格點大小選擇上，最好是能夠讓 R*到 0.07，以木堆燃燒的狀況去推算，木堆熱釋放率約為 500～2500kW，帶入上式計算，格點大小約在5.5～12cm 間，若以 ISO9705 的空間來計算（2.4×3.6×2.4），約需要1.2 萬～12 萬個格點間。

FDS 模擬時可使用內建 database，裡面提供多種參數供使用，但是由於各地方所使用的材料性質有所不同，因此FDS 所提供的 database 頂多只能用於練習，

本研究在進行模擬過程中遭遇模擬瓶頸，經尋求NIST Kevin 協助，Kevin 回覆表

Marc(1993)

DELTA 厚度 0.013 對試體進行厚度量測 F=0.1300/

&RAMP

ID='RAMP_KS_SPR UCE' T=500.00 F=0.2900/

RAMP_C_P 隨溫度變化的比熱

&RAMP

ID='RAMP_C_P_SP RUCE' T=20.00 F=1.20/

&RAMP

ID='RAMP_C_P_SP RUCE' T=500.00 F=3.00/

&RAMP

KS 與 CP 值分別為熱傳導係數以及比

第三章結果與討論

（ Thermal Response Parameter) 以及

− T

∞

Radiant heat flux (kW)

tig-0.5 有所謂GIGO 的特徵，即 Garbage In Garbage Out，若所得的資料與實際狀況無法切合，則所得的推論無法有效預測。國內碩博士論文如李政儒(2005)、陳榮進(2000) 及李訓谷(2001)等以 FDS 使用於遠離火場區域或者是煙流預測的模擬上有很好準確度，但是對於近火場之燃燒特性的模擬準確度則較低。理由是因為材料性質的

差異性大，加上FDS 處理熱裂解與燃燒的模組尚未完整所致。

本研究以 ISO9705 標準房間內燃燒木堆作為模擬對象，實際模擬結果顯示，

使用與實驗條件相同25kW 持續 90 秒的燃燒器來點燃木堆，試圖調整材料性質參數來使數值模擬結果能更接近實驗結果，模擬結果比較如圖3.2 所示。模擬上主要調整TMPIGN 與 heat_of_vaporization 這兩個參數，其中 test1~test10 為 A1B1（一堆木堆，木堆單層擺放3 支木條）的實驗結果，FDS＃5、#6 以及#9 為 FDS 模擬木堆燃燒所得熱釋放率變化，其中＃5 與＃9 為相同的引燃溫度設定（TMPIGN＝

180），蒸發熱（heat_of_vaporization）則分別為 500 與 1000；#6 與#9 則是相同的蒸發熱 1000，引燃溫度則分別為 300 與 180。由所得結果可知，在相同的蒸發熱 heat_of_vaporization 之後，發現模擬結果並無法經由調整此兩參數達到更接近實驗的狀況，因此尚須進一步針對其他參數加以探討，如熱傳導係數、比熱…等。

0 400 800 1200 1600 2000 time (sec)

0 FDS Simulation A1B1 (1 pile of woodcrib, 3 pieces each layer)

圖3.2 模擬與實驗結果比較

第三章結果與討論

第二節 ISO 9705 房間火災模擬實驗

實驗規劃採用田口式方法二因素三水準，因子A 為木堆擺放數量，因子 B 則為木堆的堆疊狀況，如圖 3.3 所示。目標因子為火焰持續時間。每組實驗進行 10 次，最後再利用田口式方法，分析各因子之間的關係。實驗上主要使用木堆作為研究對象，木堆材料為柳安木條，按照實驗規劃表所述堆疊而成。使用 25kW 熱量200 秒作為 ISO9705 燃燒器的設定，並用此設定點燃木堆，作後續觀察。

實驗紀錄項目包含ISO 9705 Room 內部溫度，如圖 3.4 與圖 3.5 所示。除了內部溫度之外，燃燒木堆產生的熱輻射也經由安置於地板中央的熱輻射記予以監控。熱釋放率則是透過煙罩將煙器抽出，透過氧消耗法計算書燃燒木堆所產生的熱釋放率。

圖3.3 實驗參數與配置

圖3.4 天花板測溫點位置圖

圖3.5 熱電偶樹相關位置

第三節火災模擬實驗分析

以耐火性能檢證法計算本研究木堆於 ISO9705 標準房間內燃燒之持續時間如下：由圓錐量熱儀測得木材發熱量為14.09MJ/kg，每次實驗使用 45 支木條，平均單支重採耐火性能檢証法之解說及計算例及其解說(2001)第 7 章技術解說，加 2 倍標準差為0.45kg，計算每次實驗單位面積燃燒熱 ql 為 33.02MJ/㎡。標準房間開口寬 0.8m、高 2m，開口面積 1.6 ㎡，計算其開口因子為 2.26，由房間寬 2.4m、長 3.6m 及高 2.4m，房間面積 8.64 ㎡，計算開口因子為 0.19，取兩者大值得有效開口因子為2.26，計算火災室吸納可燃物表面積得 7.21 ㎡、內裝材依圖 3.6(b)型式計算其表面積為4.45 ㎡、可燃物表面積 11.66 ㎡，可得燃燒型支配因子(X) 0.19，燃燒熱 qb=1.23MW，經由計算可得到火災持續時間 tf=15.46 min=928sec，若不考慮內裝材，火災持續時間tf=232sec。

本研究因基於實驗安全性原則，實驗燃燒熱最大以不超過 800kW 為控制條件，由實驗結果進行持續時間之判讀，本研究依「建築物構造防火性能驗證技術手冊」(2005)2.3 節對火災的持續時間定義為室內可燃物燃燒殆盡的時間，採由引燃開始至燃燒殆盡之燃燒熱可量範圍取切線延伸所得時間值（1~4），另外參考

第三章結果與討論 NFPA92B 之有效引燃時間方式，取有效引燃時間及衰減階段之切線所的之時間值

（2~3）如圖 3.7 所示。

圖3.6 典型的牆壁裝飾加工方法

圖3.7 燃燒持續時間起迄點示意圖

依統計學(2004)以右尾檢定如圖 3.8，假設母體為常態分配，母體標準差未知，

樣本數n≧30 時，稱為大樣本，抽樣分配 Z 分配，樣本數 n＜30 時，稱為小樣本，

抽樣分配t 分配，由耐火性能檢証法之解說及計算例及其解說(2001)第 7 章技術解說，對於室內的收納可燃物的地板面積每平方公尺總發熱量，是從以往調查結果推定平均值，用大致1~2 個標準差估計，作為安全範圍，據此顯著水準設為 α=0.05，

A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3 分別各進行 10 次，總計 90 次實驗，其持續時間統計於表 3.2~表 3.9，抽樣分配以 t 分配檢定，

H0:μ≦928 H1:μ＞928 放棄域：t＞(0.95,9)=2.82

放棄域接受域

0.05

Z(or t) Z₀(or t₀)

圖3.8 右尾檢定示意

表3.2 A1B1 燃燒實驗持時間統計

A1B1 1 2 3 4 1~4 2~3 T1 50 169 617 792 742 448 T2 48 178 573 771 723 395 T3 46 233 847 1100 1054 614 T4 45 146 652 913 868 506 T5 43 135 559 763 720 424 T6 56 207 738 1001 945 531 T7 46 115 648 811 765 533 T8 51 230 778 938 887 548 T9 68 920 1436 1931 1863 516 T10 52 168 648 975 923 480

平均值 949 499.5

標準差 339.57 64.59

t0 0.20 -20.98

第三章結果與討論

表3.3 A1B2 燃燒實驗持時間統計

A1B2 1 2 3 4 1~4 2~3 T1 59 201 1080 2146 2087 879 T2 48 121 773 1028 980 652 T3 60 263 1226 1502 1442 963 T4 43 127 753 1146 1103 626 T5 40 102 758 998 958 656 T6 51 123 692 1045 994 569 T7 35 95 590 962 927 495 T8 53 170 827 1035 982 657 T9 31 91 570 867 836 479 T10 30 60 577 822 792 517

平均值 1110.1 649.3

標準差 386.48 159.37

t0 1.49 -5.53

表3.4 A1B3 燃燒實驗持時間統計

A1B3 1 2 3 4 1~4 2~3

T1 36 143 787 1090 1054 644 T2 43 91 770 1044 1001 679 T3 31 52 620 923 892 568 T4 29 79 683 997 968 604 T5 42 118 1231 1393 1351 1113

T6 32 121 617 × × 496

T7 33 88 609 1772 1739 521 T8 68 117 554 989 921 437 T9 36 99 646 1912 1876 547 T10 28 77 556 1800 1772 479

平均值 1286 608.8

標準差 405.95 192.26

t0 2.79 -5.25

表3.5 A2B1 燃燒實驗持時間統計

A2B1 1 2 3 4 1~4 2~3

T1 43 178 1908 2831 2788 1730 T2 51 246 1637 × × 1391 T3 48 226 1831 × × 1605 T4 35 179 1407 × × 1227 T5 35 211 1371 × × 1160 T6 45 246 1740 × × 1494 T7 41 195 1275 × × 1080 T8 43 197 2904 × × 2707 T9 43 293 2952 × × 2658 T10 48 630 2105 × × 1475

平均值 2788 1652.9

標準差 × 578.1

t0 × 3.97

表3.6 A2B2 燃燒實驗持時間統計

A2B2 1 2 3 4 1~4 2~3

T1 38.6 147 1576 3743 3704.4 1429 T2 58 141 1429 × × 1288 T3 38 115 1186 × × 1071 T4 48 112 1105 × × 993

T5 51 96 1455 × × 1359

T6 56 156 1074 2452 2396 918 T7 68 225 2192 × × 1967 T8 56 180 1570 1947 1891 1390 T9 48 116 1217 2875 2827 1101 T10 48 130 1279 1909 1861 1149

平均值 2535.88 1266.5

標準差 765.031 301.3025

t0 6.65 3.55

第三章結果與討論

表3.6 A2B3 燃燒實驗持時間統計

A2B3 1 2 3 4 1~4 2~3

T1 31 86 671 1175 1144 585 T2 37 92 741 1412 1375 649 T3 43 92 1002 3084 3041 910 T4 37 86 1049 1864 1827 963 T5 39 131 946 2465 2426 815 T6 35 123 1058 2161 2126 935 T7 42 111 863 2879 2837 752 T8 47 79 1126 2136 2089 1047 T9 56 563 2150 × × 1587 T10 47 144 1122 1832 1785 978

平均值 2072.2 922.1

標準差 626.7 277.2

t0 5.77 -0.067

表3.7 A3B1 燃燒實驗持時間統計

A3B1 1 2 3 4 1~4 2~3

T1 59 608 × × × x

T2 63 273 1091 4983 × 818 T3 56 1009 2848 × × 1839 T4 60 544 3093 × × 2549 T5 44 466 3056 × × 2590 T6 49 513 1790 × × 1277 T7 60 190 1941 × × 1751 T8 49 190 2134 × × 1944 T9 60 237 2457 × × 2220 T10 49 352 1779 × × 1427

平均值 × 1823.89

標準差 × 587.15

t0 × 4.83

表3.8 A3B2 燃燒實驗持時間統計

A3B2 1 2 3 4 1~4 2~3

T1 54 54 1362 × × ×

T2 49 487 1764 × × 1277

T3 65 × × × × ×

T4 48 × 953 × × ×

T5 76 260 1949 × × 1689

T6 52 × × × × ×

T7 43 × 2172 × × ×

T8 58 58 200 1322 × 142

T9 46 × 1957 × × ×

T10 46 × 2334 × × ×

平均值 × 1036

標準差 × 801.16

t0 × 0.43

表3.9 A3B3 燃燒實驗持時間統計

A3B3 1 2 3 4 1~4 2~3

T1 51 × 1045 × × ×

T2 51 × 627 × × ×

T3 49 620 × × × ×

T4 65 × 932 × × ×

T5 62 83 141 413 × 58

T6 53 86 228 490 × 142

T7 54 85 173 530 × 88

T8 50 83 177 1094 × 94

T9 44 81 183 1069 × 102

T10 69 85 156 660 × 71

平均值 × 92.5

標準差 × 29.04

t0 × -91.0

A1（一堆木堆）的計算結果與木堆疏密變化燃燒實驗所得，經統計 t 分配檢定，(1~4)及(2~3)之持續時間皆 t0＜(0.95,9)=2.82，落在接受域，差異不顯著，即計算結果屬實。但對於A2（兩堆木堆）以及 A3（三堆木堆）的狀況下，統計 t 分配

第三章結果與討論檢定的結果顯示，(1~4)及(2~3)之持續時間 t0皆大於2.82，因此計算結果在這種可燃物分散的狀況下，便會失效。

就A1、A2 與 A3 條件分別進行 Z 分配檢定，結果顯示 A1 落在接受域，差異不顯著，即計算結果屬實，但A2 與 A3 則未落在接受域內。

A1 平均值(1~4)：1109.14，標準差：389.07，Z0：1.40 平均值(2~3)：585.87，標準差：157.45，Z0：-6.52 A2 平均值(1~4)：2274.49，標準差：679.11，Z0：5.95 平均值(2~3)：1280.51，標準差：497.93，Z0：2.12 A3 平均值(1~4)：---，標準差：----，Z0：---

平均值(2~3)：1115.44，標準差：934.96，Z0：0.60 放棄域：Z＞Z0.95：1.64

由圖3.9 至圖 3.11 為 A1 實驗組與計算持續時間常態分配圖，實驗結果係以 3 個標準差繪製，計算結果以時間0 起以 2 個標準差繪製，圖中顯示出以(1~4)為持續時間，則計算結果雖已取1~2 個標準差作完安全範圍，但結果顯然會有 50％機率以上會大於計算結果，惟以(1~4)為持續時間認定時，會將引燃階段及最後殘焰階段皆計入，然而此兩部分在過程中有非常大的機率遠長於成長至衰減階段；以 (2~3)為持續時間認定顯然較(1~4)時間段認定方式合理，以此時間段以 2 個標準差比較，實際燃燒結果將有0.4 個標準差機率大於計算值。

由圖3.12 可發現以整體統計分析，實驗值以(2~3)為持續時間，與此時間段以 2 個標準差之計算值比較，計算值大於實驗值，計算值符合安全範圍。

由圖3.13~3.15 與圖 17~19 分別為 A2B1、A2B2、A2B3 與 A3B1、A3B2、A3B3 的實驗與計算持續時間常態分配圖，圖中的實驗結果同樣以 3 個標準差繪製，計算結果則以時間0 起以 2 個標準差繪製，圖中有部分並未顯示出以(1~4)所計算的持續時間，理由是在兩堆與三堆木堆燃燒的狀況下，木堆本身在引火源熄滅後並無法持續有較大的火勢，而僅以緩慢延燒的方式，因此點 4 的時間不易定義。由圖中結果顯示，計算結果雖已取 1~2 個標準差作完安全範圍，但計算結果落於實驗結果區域的範圍相當小，其主要原因在於相同可燃物量但其分佈面積較分散，

可燃物僅於引火源處燃燒，且燃燒產生之熱量不足以延燒至全部可燃物，因此於引火源熄滅後，在失去持續熱源供應下，緩慢熄滅可燃物並未全部燃燒，仍殘留有大量未被引燃之可燃物。

由圖3.16 與圖 3.17 可發現以 A2 與 A3 整體統計分析，實驗值以(2~3)為持續

時間，與此時間段與 2 個標準差之計算值比較，實驗值雖大於計算值，但其燃燒危害程度遠低於計算值之條件，於此情形下計算值仍符合安全範圍。

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007